关键词：永磁同步电机；在线参数辨识；模型参考自适应；参考模型；可调模型
Abstract: During the operation of permanent magnet motor, the parameters of the motor will change in real time, but the regulator can’t perform self-correction of paramBeters. In order to obtain better control effect, the parameters of the motor need to be identified online. This paper proposes a model reference adaptive system (MRAS) based on PMSM online identification method, which establishes a reference model and an adjustable model, then uses the difference between the output of the two models to identify the PMSM parameters through an appropriate adaptive law. Stator resistance, stator inductance, permanent magnet flux linkage were estimated online and verified by MATLAB simulation.
Key words: PMSM; Online parameter identification; MRAS; Reference model; Adjustable model
1 引言
与传统的电励磁同步电机相比，永磁同步电机具有结构简单、体积小、质量轻、运行可靠等显著优势。近年来，随着永磁材料性能的不断提高以及交流伺服控制技术的不断成熟，永磁同步电机在民用、军事、航天等领域得到了广泛应用[1-2]。目前永磁同步牵引电动机的轨道车辆牵引控制系统对牵引电动机的控制多采用矢量控制，矢量控制使用的大都是电机的固有参数，但PMSM在运行过程中，电机的参数会实时变化，因此，在对转子磁极位置进行有效观测的基础上，永磁同步电机矢量控制的精度取决于对电机参数的辨识精度及状态参数的观测精度[3-7]。
本文基于模型参考自适应算法(MRAS)对永磁同步电机的参数进行在线辨识。经仿真实验验证，模型参考自适应算法可以准确地辨识出定子电阻、定子电感、永磁体磁链。
2 PMSM矢量控制
矢量控制又称作磁场定向控制或者解耦控制，此种控制方式的核心思想是利用坐标变换思想模拟直流电机控制[8-9]。通过将三相静止坐标系下的定子电流变换为两相旋转坐标系下的直流分量，将空间上互相垂直的励磁分量和转矩分量分别控制，从而实现励磁电流和电机转矩的解耦，使控制交流电机像控制直流电机一样简单。目前，矢量控制以其优越的性能成为应用最广泛的控制策略。
永磁同步电机矢量控制策略的方法主要有控制id=0、功率因数等于1控制、最大转矩电流控制等几种常用方法。
3 基于模型参数自适应(MRAS)的永磁同步电机在线参数辨识
3.1 模型参数自适应原理
模型参数自适应算法是目前电机参数辨识常用算法之一。从结构上MRAS由参考模型、可调模型及自适应律三部分组成[10-11]。一般把不带辨识参数的表达式作为参考模型，把含有辨识参数的表达式作为可调模型，将两模型输出的差经过自适应机构，并通过合适的自适应律调节可调模型中待辨识参数的值，当两模型输出一致时，可调模型中的待辨识参数收敛到一个正确的值并得到辨识。
3.2 参考模型与可调模型的确定
根据电机的数学方程，PMSM在d-q两相旋转坐标系下的电压方程为：
4 基于MARS的PMSM参数辨识仿真
4.1 系统仿真模型的建立
在PMSM的参数辨识系统中，在已知电机转子磁极位置条件下，基于矢量控制系统，将矢量控制中的交直轴电压、电流以及转子电气角速度作为模型参考自适应辨识模块的输入，在此子模型中进行运算，线性估计出电机的定子电阻、定子电感和永磁体磁链，具体的Simulink仿真模型如图1。
图1 基于MARS的三相PMSM参数辨识仿真模型
在图1中，MARS是一个封装的参数辨识的仿真模块，由几部分组成，具体如图2所示：其中MARS1为三相PMSM可调模型的仿真模型，子系统
分别为参数
自适应率的仿真模型，在此系统中，将每次线性估计的
值送回可调模型中，输出的电流估计值与参考模型中的电流值对比，当误差趋向于0时，MARS是渐进稳定的，可以认为可调模型的参数值收敛到了真实值。
图2 MARS仿真模型的组成
4.2 仿真及结果分析
三相PMSM的定子电阻为2.875Ω，电感为8.5mH,永磁体磁链为0.175Wb，极对数为4。仿真条件设置为：参考转速为1000r/min,初始时负载转矩为0N⋅m，在0.2s时负载转矩变为10N⋅m,仿真结果如图3-图8所示。
通过观察比较图3-图8可知，初始时负载转矩为0N⋅m，经过不到0.02s的波动得到稳定，在0.2s时增加了10N⋅m的负载转矩，辨识值发生变化，经过自身调节，波形重新稳定下来。其中，电感LS的辨识值稳定在8.5mH附近，辨识值相对误差在1%左右，电阻的辨识值在2.85-2.9Ω之间，辨识值相对误差为1%，永磁体磁链的辨识值在0.172-0.175Wb之间变化，相对误差2%左右。可以看出，模型参考自适应辨识方法精度较高，收敛速度很快，辨识结果可靠。
5 结论
本文基于模型参考自适应方法，根据Popov超稳定性理论，对PMSM的电感、定子电阻、永磁体磁链进行了辨识。经过仿真实验可知，该方法收敛速度快、辨识精度较高，能够实时地实现对有关参数的辨识，在工程应用领域有一定的运用价值。
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